JP2001358099A - シリコンウエハの高速鏡面研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鏡面研磨速度が著しく向上し、少ない工程
数で短時間に鏡面が得られることによりスループットが
向上し、ウエハにスクラッチ傷や加工変質層等のダメー
ジを与えることがなく、しかも廃液処理問題や研磨装置
および治具が損傷する不具合も生じることがないシリコ
ンウエハの高速鏡面研磨方法を提供することを課題とす
る。 【解決手段】 シリコンウエハを表面粗さＲａが 150
ｎｍ以下になるまで表面加工し、この加工表面を炭酸カ
ルシウム粒子及び／又は炭酸マグネシウム粒子を含む研
磨材により湿式研磨条件の下で研磨するように構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウエハを
高速度で鏡面研磨することが可能なシリコンウエハの高
速鏡面研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコンウエハの鏡面研磨方法と
しては、例えば、シリカ粒子とＫＯＨ等のアルカリを含
むスラリーやコロイダルシリカを研磨材として用い、不
織布タイプやスウェードタイプの軟質パッドにより、２
〜３段階の多工程で研磨する多段階研磨方法が知られて
いる。

【０００３】〔問題点〕しかしながら、従来の研磨方法
では、研磨速度が著しく低く、また工程数も多く、この
ため、目的とする鏡面を得るためには長時間を要し、生
産性が極めて低いものであった。即ち、鏡面加工の前工
程として、ラッピング加工の後、加工ダメージ層の除去
のため、酸或いはアルカリ溶液によるエッチング処理が
必要であり、その後、鏡面研磨工程として、少なくとも
研磨条件の異なる２〜３段階の多段階研磨を行わなけれ
ばならず、極めて工程数が多く、スループットの悪い鏡
面研磨プロセスであった。また、シリカはシリコンより
も硬質なため、ウエハにスクラッチ傷等のダメージを与
え易く、また、軟質クロスを用いた研磨方法であるた
め、エッジ部ダレが生じやすく、ウエハの使用可能面積
が狭くなり、コスト高となっていた。更に、研磨材にＫ
ＯＨ等のアルカリ水溶液を含むため、廃液処理問題や研
磨装置および治具が損傷するという不具合があった。更
にまた、エッチング液も廃液処理問題を有するものであ
った。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
が有する上記問題点に鑑みなされたものであって、その
解決のため具体的に設定された課題は、鏡面研磨速度が
著しく向上し、少ない工程数で短時間に鏡面が得られる
ことによりスループットが向上し、ウエハにスクラッチ
傷や加工変質層等のダメージを与えることがなく、しか
も廃液処理問題や研磨装置および治具が損傷する不具合
も生じることがないシリコンウエハの高速鏡面研磨方法
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を効果的に解決
できるよう具体的に構成された手段としての、本発明に
おける請求項１に係るシリコンウエハの高速鏡面研磨方
法は、シリコンウエハを表面粗さＲａが 150ｎｍ以下に
なるまで表面加工し、この加工表面を炭酸カルシウム粒
子及び／又は炭酸マグネシウム粒子を含む研磨材を用い
湿式研磨条件の下で鏡面研磨することを特徴とするもの
である。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的に説明する。ただし、この実施の形態は、発明の趣旨
をより良く理解させるため具体的に説明するものであ
り、特に指定のない限り、発明内容を限定するものでな
い。

【０００７】本実施の形態に係るシリコンウエハの高速
鏡面研磨方法は、従来の公知方法により表面粗さＲａが
150ｎｍＲａ以下となるようにシリコンウエハを予め表
面加工する工程（以下、加工工程という）と、この表面
加工後のシリコンウエハを、砥粒として炭酸カルシウム
粒子及び／又は炭酸マグネシウム粒子を含む研磨材を用
い湿式研磨条件の下で鏡面研磨する工程（以下、研磨工
程という）とを少なくとも有している。なお、本明細書
において、「表面粗さＲａ」とは、接触指針型表面粗さ
計等で測定される研磨体表面における凸部と凹部の段差
の平均をいう。

【０００８】以下、各工程毎に詳説する。 「加工工程」表面粗さＲａが 150ｎｍ以下となるようシ
リコンウエハの表面を加工する従来公知の表面加工方法
としては、特段制限されるものではなが、例えば、ラッ
ピング法や研削法等を例示することができ、中でも研削
法によるのが好ましい。研削法によるのが好ましい理由
は、研削加工法によるウエハはダメージ層が薄く、また
必ずしも明確ではないが、シリコンウエハと炭酸カルシ
ウム粒子及び／又は炭酸マグネシウム粒子とのメカノケ
ミカル反応が進みやすいからである。

【０００９】「研磨工程」研磨工程は、表面粗さＲａが
150ｎｍ以下となるように表面加工された後のシリコン
ウエハを、砥粒として炭酸カルシウム粒子及び／又は炭
酸マグネシウム粒子を含む研磨材により更に湿式研磨し
て、鏡面を得る研磨工程である。

【００１０】この研磨工程の具体例としては、次の工程
を例示することができる。 砥粒としての炭酸カルシウム粒子及び／又は炭酸マ
グネシウム粒子を含有する研磨材スラリー又はペースト
を、シリコンウエハと研磨パッドとの間に供給しつつ、
シリコンウエハ及び／又は研磨パッドを回転させてシリ
コンウエハを湿式研磨する工程（以下、研磨工程Ａとい
う）。 砥粒としての炭酸カルシウム粒子及び／又は炭酸マ
グネシウム粒子を砥石に成形し、またはポリウレタン樹
脂等の発泡体中に固定させた研磨パッド（以下、これら
を研磨体という）をシリコンウエハに接触・回転させて
湿式研磨する工程（以下、研磨工程Ｂという）。

【００１１】また、炭酸カルシウム粒子及び／又は炭酸
マグネシウム粒子の粒径は、特段制限されるものではな
いが、通常、砥粒として用いられている粒径、例えば
0.1〜100 μｍ程度のものを使用することが好ましい。

【００１２】「研磨工程Ａ」この研磨工程に用いる研磨
材スラリーは、例えば、砥粒としての炭酸カルシウム粒
子及び／又は炭酸マグネシウム粒子と水とを含有してい
る。研磨材スラリー中の炭酸カルシウム粒子及び／又は
炭酸マグネシウム粒子の添加量（砥粒量）は、特段制限
されるものではないが、添加量が少なすぎると研磨速度
が低下しすぎて実用性に欠け、又、砥粒量が多すぎると
研磨加工に寄与しない砥粒が多くなり、研磨液コストが
上昇して研磨加工コストの上昇を招き、そして、研磨材
スラリーの流動性が低下して研磨材スラリーのシリコン
ウエハ表面への供給に問題が生じるため好ましくない。
このようなことから、実用的な砥粒量としては、通常、
2 〜 80 重量％が望ましい。

【００１３】なお、前記炭酸カルシウム粒子及び／又は
炭酸マグネシウム粒子を加えて分散させた研磨材スラリ
ー（研磨液）とするには、ポリカルボン酸塩等の界面活
性剤などを加えると、炭酸カルシウム粒子及び／又は炭
酸マグネシウム粒子の分散性が向上するので好ましい。

【００１４】研磨パッドとしては、シリコンウエハの研
磨に従来から用いられている研磨パッドを用いることが
できるが、ＩＣ 1000 やＭＨＳ 15 Ａ（いずれもロデー
ルニッタ社製）のような発泡ポリウレタン製の研磨パッ
ド等の硬質パッドを用いると、砥粒と真実接触点での圧
力が高くなり、研磨速度が向上するので好ましい。前記
研磨パッドとシリコンウエハとを接触させて研磨する際
の研磨加工圧は、特段限定されるものではなく通常 9.8
〜 39.2 ｋＰａ（ 100〜400 ｇｆ／ｃｍ²）程度で充分
であるが、研磨加工圧は大きいほど砥粒と真実接触点で
の圧力が高くなり研磨速度が向上するので好ましい。

【００１５】「研磨工程Ｂ」前記研磨体は、砥石または
研磨パッドからなる。砥粒としての前記炭酸カルシウム
粒子及び／又は炭酸マグネシウム粒子を砥石状に成形す
るには、前記炭酸カルシウム及び／又は炭酸マグネシウ
ムにより砥石全体を成形する場合や、砥石のシリコンウ
エハとの接触部を部分的に形成させる場合とがあり、ま
た砥石にも前記の炭酸カルシウム粒子及び／又は炭酸マ
グネシウム粒子を、結合材を用いず熱処理等のみで固化
させたもの（ボンドレス砥石）と、レジノイドボンド等
の結合剤を使用して固化し成形させたもの（レジノイド
ボンド砥石）があり得る。砥石における砥粒率（砥石中
に占める砥粒の容積比率）は、特に限定されるものでは
なく、例えば 70 〜100 ％である。

【００１６】レジノイドボンド砥石の形成に用いるレジ
ノイドボンドは、特に限定されず、熱硬化性樹脂、熱可
塑性樹脂、水溶性高分子樹脂などの単体または混合物を
用いることができる。レジノイドボンド砥石またはボン
ドレス砥石の成形は、一般に用いられる公知の成形技術
を用いて形成することができる。

【００１７】炭酸カルシウム粒子及び／又は炭酸マグネ
シウム粒子を含有する前記研磨パッドとしては、例え
ば、次のようなものを例示することができる。 前記炭酸カルシウム粒子及び／又は炭酸マグネシウ
ム粒子を含むポリウレタン溶液にポリエステル等の化学
繊維の不織布を含浸して作製した不織布タイプ。 ポリエステル等の化学繊維の不織布上に、前記炭酸
カルシウム粒子及び／又は炭酸マグネシウム粒子を含む
ポリウレタンを発泡剤により発泡させ作製したスウェー
ドタイプ。 前記炭酸カルシウム粒子及び／又は炭酸マグネシウ
ム粒子を含むポリウレタン溶液を発泡剤により独立発泡
させ作製した発泡ポリウレタンタイプ。

【００１８】前記研磨体とシリコンウエハとを接触させ
て研磨する際の研磨加工圧は、特段限定されるものでは
なく、通常 9.8〜 39.2 ｋＰａ（ 100〜400 ｇｆ／ｃｍ
² ）程度で充分であるが、研磨加工圧は大きいほど砥粒
と真実接触点での圧力が高くなり研磨速度が向上するの
で好ましい。また、適切に酸やアルカリ成分を含有させ
た溶液を、前記研磨体とシリコンウエハとの間に滴下し
ながら研磨する。

【００１９】「作用」この高速鏡面研磨方法によるシリ
コンウエハの研磨メカニズムは、必ずしも明確でない
が、シリコンウエハを構成するシリコンと炭酸カルシウ
ム粒子及び／又は炭酸マグネシウムとは、湿式下の加圧
された状態で効率よくメカノケミカル反応を起こすた
め、砥粒（炭酸カルシウム及び／又は炭酸マグネシウ
ム）がシリコンより軟質であるにも拘わらず鏡面研磨が
可能となるものと推測される。

【００２０】

〔実施例１〕

（研磨材スラリーの調整）粒径 0.5μｍ以下の炭酸カル
シウム粒子 2000 ｇと水 8000 ｇとを混合し攪拌した
後、超音波分散機に 10 分間かけ研磨剤スラリーとし
た。

【００２１】（研磨試験）予め＃800 のダイヤモンド砥
石を用いて表面粗さＲａが 140ｎｍとなるよう研削した
シリコンウエハにつき、機械的回転式研磨装置（回転
数： 60 ｒｐｍ）を用い、研磨パッド（ロデールニッタ
社製ＩＣ 1000 ）、研磨加工圧 29.4 ｋＰａ（ 300ｇｆ
／ｃｍ² ）、上記の研磨材スラリーの滴下量 20 ｍｌ／
分、研磨時間30 分の研磨条件下にて研磨した。この研
磨試験の結果を表１に示した。

【００２２】なお、研磨速度はデジタル式マイクロメー
タを用いた研磨前後のシリコンウエハ厚みの測定値と研
磨時間から算出し、表面粗さ及びエッジ部ダレは接触指
針型表面粗さ計を用いてそれぞれ測定し、スクラッチ傷
の有無は光学顕微鏡観察により判定した。また、加工変
質層の有無は、研磨後のシリコンウエハをエッチング液
に浸漬して斜め方向にエッチングし、４結晶モノクロメ
ータ付きＸ線回析装置を用いたロッキングカーブ測定法
により深さ方向の加工変質層の厚みを測定するか、また
はシリコンウエハの断面を透過型電子顕微鏡を用いて変
質層の有無を観察することにより確認した。

【００２３】〔実施例２〕用いられるシリコンウエハ
を、＃ 1000 ダイヤモンド砥石を用いた研削法により表
面粗さＲａが 60 ｎｍとなるよう予め加工されたシリコ
ンウエハに変更した他は、実施例１に準じて研磨試験を
実施した。その結果を表１に示した。

【００２４】〔実施例３〕 （研磨材スラリーの調整）砥粒を炭酸マグネシウムに変
更した他は、実施例１に準じて研磨材スラリーを調整し
た。 （研磨試験）この研磨材スラリーを用いた他は、実施例
１に準じて研磨試験を実施した。その結果を表１に示し
た。

【００２５】〔実施例４〕シリコンウエハをラッピング
後、エッチング法により表面粗さＲａが 140ｎｍとなる
よう予め加工されたシリコンウエハに変更した他は実施
例１に準じて研磨試験を実施した。その結果を表１に示
した。

【００２６】〔実施例５〕 （砥石の作製）粒径 0.5μｍ以下の炭酸カルシウム粒子
3600 ｇ、フェノール樹脂（住友デュレズ社製） 400ｇ
を混合し、研磨定盤が 15 インチφの砥石を成形した。 （研磨試験）この砥石を用い、研磨加工圧 29.4 ｋＰａ
（ 300ｇｆ／ｃｍ² ）、砥石貼り付け定盤回転数 60 ｒ
ｐｍ、ワーク回転数 40 ｒｐｍの条件下で、シリコンウ
エハと砥石の間に水を 10 ｍｌ／分の滴下量で滴下しな
がら機械的回転式研磨装置を用いてシリコンウエハを湿
式研磨した。シリコンウエハは実施例１で用いたものと
同一である。研磨試験の結果を表１に示した。

【００２７】〔比較例１〕用いられるシリコンウエハ
を、＃600 ダイヤモンド砥石を用いた研削法により表面
粗さＲａが 170ｎｍとなるよう予め加工されたシリコン
ウエハに変更した他は、実施例１に準じて研磨試験を実
施した。その結果を表１に示した。

【００２８】〔比較例２〕比較例１で用いたシリコンウ
エハを使用した他は、実施例５に準じて研磨試験を実施
した。その結果を表１に示した。

【００２９】〔比較例３〕 （研磨材スラリーの調整）砥粒として粒径 0.03 μｍの
コロイダルシリカ粒子 500ｇを水 9500 ｇに加え、ＫＯ
ＨでｐＨを 10 に調整した研磨剤スラリーを作製した。 （研磨試験）この研磨材スラリーを使用した他は実施例
１に準じてシリコンウエハを研磨した。その結果を表１
に示した。

【００３０】〔比較例４〕実施例５の砥石を用い、研磨
加工圧 29.4 ｋＰａ（ 300ｇ／ｃｍ² ）、砥石貼り付け
定盤回転数 60 ｒｐｍ、ワーク回転数 40 ｒｐｍの条件
下、乾式法により、機械的回転式研磨装置を用いてシリ
コンウエハを研磨した。シリコンウエハは実施例１で用
いたものと同一である。研磨試験の結果を表１に示し
た。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるシリ
コンウエハの高速鏡面研磨方法によれば、シリコンウエ
ハを表面粗さＲａが 150ｎｍ以下になるまで表面加工
し、この加工表面を炭酸カルシウム粒子及び／又は炭酸
マグネシウム粒子を含む研磨材により湿式研磨条件の下
で鏡面研磨したことにより、鏡面研磨中に被研磨加工物
表面に加工ダメージを与えることなく、加工変質層の形
成もなく、高速で鏡面研磨することが可能となる。この
ため、この研磨方法を実施することにより、ラッピング
加工や研削加工後、直ちに表面粗さＲａが例えば 0.5ｎ
ｍ程度の鏡面研磨加工が可能となり、従来のシリカスラ
リーによる２次鏡面研磨と同等以上の品質を持つシリコ
ンウエハが１工程で得られ、もってスループットが向上
し、シリコンウエハを高生産性と低コストとを両立させ
て鏡面研磨仕上げすることができる。また、エッチング
廃液の処理問題もなく、さらにアルカリ廃液等の処理問
題や研磨装置および治具が損傷する不具合もない。さら
に、硬質の研磨パッドを使用可能であるため、エッジ部
ダレの発生が少なく、加工精度も向上する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 良貴 千葉県船橋市豊富町585番地 住友大阪セ メント株式会社新規技術研究所内 Ｆターム(参考） 3C047 FF08 GG15 3C058 AA07 AC04 CB01 DA02 DA17

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリコンウエハを表面粗さＲａが 150ｎｍ
   以下になるまで表面加工し、この加工表面を炭酸カルシ
   ウム粒子及び／又は炭酸マグネシウム粒子を含む研磨材
   を用い湿式研磨条件の下で鏡面研磨することを特徴とす
   るシリコンウエハの高速鏡面研磨方法。